676

Рис. 6. Горизонтальные деформации поверхностных марок насыпи, армированной георешеткой: 1, 2, 3, 4 — марки

Конструкции усиления, используемые при проведении испытаний моделей, позволили увеличить нагрузки без прогрессирующих разрушений моделей на 45 %.

Для исследования качественной и количественной картины крупномасштабного моделирования в лабораторных условиях было выполнено геотехническое моделирование тех же конструкций методом конечных элементов с помощью современного программного комплекса «FEM models», разработанного геотехниками Санкт-Петербурга в НПО «Геореконструкция-Фунда- ментпроект» под руководством проф. В.М. Улицкого.

Для анализа существующихмоделей промерзающихи оттаивающихгрунтов использована математическая модель «Termoground» численного моделированияпроцессапромерзания, морозного пучения иоттаиванияв годовом цикле в пространственной постановке.

Численное математическое моделирование исследуемых эквивалентных сооружений проводилось при той же последовательности нагружения и величинах, как и при испытаниях в лотке для моделей без усиления и усиленной конструкциями из геосинтетических материалов.

Впроцессечисленногомоделированиялабораторных испытаний насыпей на оттаивающихкосогорных участках с сильнольдистым основанием получены все промежуточные и конечные результаты работы конструкций при всех циклах нагружения (рис. 7–10).

На рис. 9 и 10 представлены вертикальные игоризонтальные деформации насыпи с армированием.

41

Рис. 7. Вертикальные деформации насыпи без усиления

Рис. 8. Горизонтальные деформации насыпи без усиления

42

Рис. 9. Вертикальные деформации насыпи с усилением

Рис. 10. Горизонтальные деформации насыпи с усилением

43

Полученные качественные картины деформаций и их количественные показатели с достаточной степенью точности согласуются с результатами крупномасштабных лабораторных экспериментов, однако распределение деформаций при математическом моделировании представляется намного шире, чем в лабораторных экспериментах.

Анализ полученных результатов показывает, что при использовании георешетки насыпь выдерживаетна45 % большенагрузки,чембезармирования при равных величинах деформирования. Так, при проведении эксперимента без армирования максимальная приложенная нагрузка составляла 220 кН, а максимальная нагрузка, которую насыпь выдерживала без прогрессирующих разрушений, составляет 190 кH. При проведении эксперимента c использованием георешетки максимально приложенная нагрузка — 330 кН, а максимальная нагрузка, которую насыпь выдерживала без прогрессирующих разрушений — 275 кН.

При сопоставлении данных, полученных при крупномасштабных испытаниях и при геотехническом моделировании с помощью программного комплекса «FEM models», определено, что результаты с достаточной точностью согласуются между собой. Из проведенных исследований делаем вывод, что при более высоких нагрузках в насыпи, армированной георешеткой, деформациизначительно меньше, чемвнасыпи,не усиленной даннымматериалом. Это указывает на эффективность использования георешетки в строительстве и реконструкции различных объектов.

Результаты проведенных лабораторных и теоретических исследований использованы в дальнейшем для разработки конструкции усиления земляного полотна при реконструкции станции Дюанка Дальневосточной железной дороги для устройства станционной площадки на торфяной прослойке в основании.

Всоответствиисп.8.12СП 32-104–98 «Проектированиеземляногополотна железных дорог колеи 1520 мм» при проектировании насыпей на болотах с сохранением торфа в основании необходимо применять конструктивнотехнологические решения, направленные на обеспечение устойчивости насыпи, снижение общих осадок и предотвращение сползания насыпи при наклонном дне болота. Наряду с прочими мероприятиями рекомендуется армирование насыпи геосинтетическими материалами.

Развитие промышленности привело к появлению новых видов материалов, обладающих особыми свойствами: прочностью, устойчивостью к агрессивнымвоздействиям, механической стойкостью, долговечностью и др.Применение этих материалов вконструкциях транспортныхсооружений позволяет более эффективно (по сравнению с выполнением традиционных мероприятий) решать самые разнообразныепроблемы, связанные сосложнымиинже- нерно-геологическими условиями Дальневосточного региона. В том числе и при строительстве насыпей на слабых основаниях и болотах.

44

СП 32-104–98 допускает устройство насыпей с частичным удалением торфа, а также возможность использования свойств современных геосинтетических материалов с целью минимизации общих осадок и выполнения условий безопасности и бесперебойности движения поездов. Поэтому для реконструкции станции рекомендован и реализован исследованный ранее вариант конструкции, представленный на рис. 11.

Рис. 11. Рекомендованная конструкция усиления земляного полотна и основания

Эффективность работы используемой конструкции усиления сооружения подтверждена результатами геотехнического моделирования его работы. На рис. 12 представлены изолинии вертикальных деформаций насыпи.

Общие деформации насыпи составят в этом случае: в строительный период — 0,154 м, в эксплуатационный — 0,22 м, а характер распределения зоны пластической деформации будет наиболее благоприятным (рис. 13).

Рис. 12. Изолинии вертикальных деформаций насыпи

45

Обойма из высокопрочного геотекстиля

Рис. 13. Расположение зон упругих и пластических деформаций

Неравномерная жесткость основания насыпи создает предпосылки для развития трещины отрыва в междупутье. Для предотвращения локальных деформаций главной площадки в основании балластной призмы уложена интегральная двухосная георешетка (см.рис. 11). Эффект блокировки, создаваемый щебнем и георешеткой, позволяет сформировать геокомпозитную плиту, эффективно распределяющую нагрузкуот подвижногосостава. Интегральная георешеткавэтомслучае играетрольармирующей прослойки,что не позволит увеличиваться зоне разрывного нарушения основной площадки.

При этом отсутствие достаточной информации о геологическом строении основания земляного полотна не дает возможности составить полную картину распространения торфяных отложений в продольном направлении. Это можетпривести клокальнымпросадкам, связанным с локальнымиизменениями очертания рельефа подстилающего торф слоя. Применение интегрального геоматериала наосновнойплощадке позволяет выровнять такие деформации.

Для подтверждения теоретических, лабораторных и практических исследований на участке строительства оборудованы два опытных сечения с установкойдатчиковдавленияв подрельсовомсеченииимаркамигеодезического наблюдения. Оборудование установлено в рабочем сечении на участке с усиливающимиконструкциями(см.рис.11)ивконтрольномсечении(рис. 14) на участке без усиления.

3

Рис. 14. Контрольное сечение с датчиками давления

46

Датчики расположены на глубине 1,3 м от уровня основной площадки. Их взаимно-перпендикулярное расположение позволяет регистрировать основные составляющие напряженного состояния в исследуемой зоне сооружения под воздействием проходящих поездов. Измерения планируется выполнять в текущем году в период оттаивания земляного полотна и после полного протаивания основания. Полученные данные помогут в дальнейшем совершенствовать методы расчетов и расширять области рационального использованиясвойств геосинтетических материалов вконструкциях земляныхсооружениях линейных транспортных объектов и в их основаниях.

УДК [625.731.2+624.131.37:624.131.43](571.17)

В.Н. Ефименко (ТГАСУ), А.О. Афиногенов (ТГАСУ)

ИЗМЕНЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ТЕРРИТОРИИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Общепризнанной считается необходимость уточнения расчетных значений параметров грунтов земляного полотна автомобильных дорог для конкретных регионов. Например, отраслевая методика проектирования нежестких дорожных одежд ОДН 218.046-01 рекомендует при назначении расчетных характеристик прочности и деформируемости грунтов учитывать региональную составляющую. По мнению специалистов СоюздорНИИ, следует болееподробноизучить проблемубольшейдифференциациинормплотности грунта с учетом особенностей территорий и с большим отражением в них статистической природы показателей степени уплотнения грунта. При этом региональную дифференциацию норм плотности следует сочетать с дифференциацией расчетных характеристик грунта земляного полотна, применяемых при проектировании дорожных одежд [1]. К сожалению, для условий Сибири такая работа была начата лишь в последние годы.

КнастоящемувремениученымиТГАСУбылвыполненкомплекс исследовательских работ по уточнению дорожно-климатического районирования Западной Сибири (С.В. Ефименко, М.В. Бадина и др.). При этом главным образом использовался следующий подход: на базе обобщений и анализа основных географических комплексов, влияющих на службудорог, на территории региона выделяются дорожные районы, представляющие собой генетически однородную территорию, со свойственными только им климатом, геологией, рельефом местности, видом грунта, его влажностью и т.д. Для каждого районарекомендован свой комплексрасчетныхзначенийхарактеристик глинистых грунтов земляного полотна. Исследования по экспериментальномуобоснованию региональных зависимостей выполнены вчасти уточнения расчетных значений грунтов для проектирования. Часть зависимостей еще предстоит уточнить.

47

Авторами настоящей работы была сделана попытка экспериментально оценить характер изменения параметров глинистых грунтов по различным климатическим районам и на основе этого выполнить более дифференцированноерайонирование (посравнению сзонированием по СНиП 2.05.02–85*).

В качестверегиона для исследований была выбранаКемеровская область. Несмотря на относительно небольшие размеры (в масштабах Сибири), она отличается разнообразием природных условий, что весьма удобно для решаемой задачи. Так, значительную часть ее занимают избыточно увлажненные лесные районы Кузнецкого Алатау и Горной Шории, по комплексу природных условий соответствующие II дорожно-климатической зоне. Лесостепные районы западнее линии Тайга—Кемерово—Осинники относятся к III дорож- но-климатической зоне. При этом по СНиП 2.05.02–85* практически вся территория Кемеровской области располагается в III дорожно-климатичес- кой зоне. Использование в качестве объекта исследований Кузбасса также удобно в том отношении, что это позволяет распространить полученные результаты на достаточно большую часть территории Западной Сибири.

Наиболее полный учет природных условий Кемеровской области возможен на основе районирования, предложенного проф. В.Н. Ефименко [2], которое делит ее территорию на четыредорожных района(1–4), три подзоны (Р — равнинная, Х — холмистая, Г — горная) и две зоны (II и III дорожноклиматические зоны по СНиП 2.05.02–85*).

Принимая во внимание то обстоятельство, что при строительстве дорог фактически приходится иметь дело не с природными, а с техногенными (подвергнутыми перемешиванию, перемещению, уплотнению и т.д.) грунтами, были проведены исследования их свойств по пробам из земляного полотна строящихся автомобильных дорог. При этом выполнен статистический анализ результатов многолетних испытаний грунтов при контроле качества работ независимой лабораторией Кузбасского центра дорожных исследований и испытаний авторов, выполненных в 2006–2009 гг. на ряде крупных строительных объектов (автомобильные дороги I–III категорий). Обработка данных произведена в следующем порядке:

1)всего массива данных;

2)по отдельным дорожно-климатическим районам (на основе районирования, предложенного проф. В.Н. Ефименко).

Общий объем выборки — около 700 проб. В результате статистического анализа данных определены математические ожидания следующих величин: максимальная плотность, оптимальная и фактическая влажности, коэффициент уплотнения. Рассмотрены также корреляционные зависимости между ними. Обработка данных производилась с использованием средств Microsoft Excel, рассматривались наиболее распространенные законы статистического распределения. Установлено, что плотность распределения параметров грунтов подчиняется нормальномузакону, а значения всех показателей по клима-

48

Несмотря на то что часто в разных районах области земляное полотно сооружали одни и те же подрядные организации или организации, имеющие примерно одинаковые технические средства и другие условия, влияющие на качество работ, средние значения коэффициента уплотнения грунта по отдельным дорожно-климатическим районам существенно различаются (см. таблицу). Это вполне может быть результатом различия природных условий. Отмечено, что фактически достигаемые значения коэффициента уплотнения практически не звисят от расположения слоя, из которого выполнен отбор проб (в нижней и верхней частях насыпи).

Из таблицы видно, что по дорожно-климатическим районам Кемеровской области ощутимо меняется увлажненность грунтов (соотношение фактической и оптимальной влажности), которая связана со средним значением коэф-

49

фициента уплотнения грунта: чем выше увлажненность, тем ниже достигаемый коэффициент уплотнения.

Проделанный анализ показывает, чтов целом напрактике обеспечивается довольно высокая степень уплотнения. Тот факт, что не выявлено существенной разницы между степенью уплотнения грунта в верхних и нижних слоях, указывает на недотаточный уровень проектирования технологии уплотнения грунтов и производственного контроля.

Для решения вопросов, связанных с оптимизацией процессов строительства земляного полотна, важное значение имеет связь фактической и оптимальной (при которойс минимальными затратамина уплотнениедостигается максимальная плотность) влажностью грунта. Установлено, что грунтам с повышенной фактической (естественной) влажностью соответствуют более высокие значения оптимальной влажности. Это означает, что разработке мероприятий по увлажнению или просушке грунта должны предшествоать тщательные исследования его свойств, а грунты с повышенной естественной влажностью далеко не всегда требуют просушки в весенний период, при выпадении осадков.

На практике наблюдается зависимость: чем меньше степень увлажнения грунта, тем проще обеспечитьповышенную степень уплотнения(см. таблицу, рис. 2). Для случаев, когда естественная влажность грунта имеет высокие значения, необходимо предусматривать более жесткие нормы операционного контроля и подтверждения соответствия. От максимальной плотности грунта и оптимальной влажности коэффициент уплотнения практически не зависит [3].

Рис. 2. Зависимость коэффициента уплотнения от коэффициента увлажнения грунта

50